CN101937617A - 一种路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，该方法将每条车道看成是一个矩形的独立单位，按照从靠近道路中心线到车道边缘线的顺序，逐层对每个车道的经纬度坐标信息和相位信息进行描述。用户接受到这些信息之后，可以根据自己的位置信息判断处于哪个车道以及此时是否具有通行权，此方法具有较强的数据描述能力和通用性。

Description

一种路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法

技术领域

本发明涉及一种数据通信领域中的数据传输方法，特别是涉及智能交通领域中车路协调下的交叉路口车道定位和相位信息的无线传输方法。

技术背景

无线通信技术的不断提高加速了智能交通领域的发展，汽车网络已经脱离了以往仅局限于车内通讯的限制，逐渐由车内向车外发展。目前世界各国都在研究车与车以及车与路之间的通信，例如美国的Intelidriver，欧洲的E-safty以及日本的Smartcar和Smartway。车路通信作为智能交通系统的重要组成部分，其通信速度以及质量在很大程度上决定了智能交通系统的运行效率的好坏。在交叉口车路协同或者自动导航中，需要将实时的道路信息和交叉口相位信息传输给用户。而路口发射机发射的路口信息方法的好坏，对车辆能否识别道路情况产生直接的影响，数据规则制定的好坏在很大程度上会对系统的功能和效率造成影响。CN200610125961.0公开的一种公路车辆自动导航系统，利用在路面行车线上设置固定标识物，通过设定的中继信息站接受固定标识物的地理信息，来形成公路路面行车道信息。此方法需要设置固定标识物，如果固定标识物损坏则无法得到用户所需要的道路信息，另外设置固定标识物需要投入很高的成本；CN200710044004.X公开的大型工程车辆自动驾驶控制方法及系统，在道路方向上做出车辆行驶轨迹线，通过视频摄像头摄取车辆前方道路标线，利用后台算法来实现车辆定位。此方法在需要对道路标线进行改变时，容易引起道路标线的紊乱。

发明内容

本发明目的旨在针对以上缺陷，提供一种路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，该方法将每条车道看成是一个矩形的独立单位，按照从靠近道路中心线到车道边缘线的顺序，逐层对每个车道的经纬度坐标信息和相位信息进行描述。此方法具有较强的数据描述能力和通用性。

本发明的方法将每个车道看成一个矩形，通过矩形四个顶角的经纬度，通过数学平面几何关系就可以确定车道情况，再根据车辆本身的GPS坐标即可实现定位功能；每个车道都对应一个固定的相位，通过在信号控制器储存每个车道的相位信息和每个相位周期开始的时刻，通过记录车辆与路口设备通信的时刻与相位周期开始的时刻进行比较，再结合该车道的相位信息，即可知道该车道是否具有通行权以及对相位信息的预判。

本发明的技术方案是：一种路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，车辆与路口通信设备的方式可以是专用短程通信(DSRC)，Zigbee等，车辆在快要到达交叉口时，通过无线通讯系统向路口通信设备发送请求信号，路口通信设备接收到请求信号后，将车道坐标定位及其信号相位传输给车辆，车辆根据自己本身的GPS定位信息，判断该车辆所在车道前方路口通行权和信号灯将要变化时间，其特征在于，车辆将路口定位坐标及信号相位信息打成一个数据包，具体是将此数据包分为三个部分，第一部分为头文件部分，第二个部分为车道定位信息部分，对路口的定位坐标进行描述，第三个部分为车道相位信息部分，对路口的相位信息进行描述，路口通信设备将交叉口的定位坐标及其信号相位信息按照一定的格式传输给车辆，车辆按照同样的格式将交叉口的定位坐标及其信号相位信息解算出来。

其中，所述的将路口定位坐标及信号相位信息打成一个数据包，是先定义数据类型，包括：交叉口分支数，信号灯周期开始时刻，经度，纬度，信号周期时长，周期相对起始时刻，绿灯相对起始时刻，黄灯相对起始时刻，黄灯相对结束时刻，周期相对结束时刻，相位绿灯时长。

所述的头文件部分，定义信号周期开始时刻、交叉口的分支。

所述的车道定位信息部分，对路口定位坐标进行描述，具体是，从靠近道路中心线到车道边缘线的顺序，按顺时针或者逆时针的方向逐层对每个车道描述，先描述沿着车辆行进方向车道左前方的经度、纬度，然后是车辆左后方的经度、纬度。

所述的车道定位信息部分，对路口定位坐标进行描述，当交叉口所有分支中，车道数不同时，在描述到某层时，会出现某分支该层车道数不存在，将该层中不存在的车道定位坐标均记为0，该车道的相位信息全部记为0。

所述的车道相位信息部分，对车辆相位信息进行描述(如图3所示)，描述相位信息的顺序必须与描述车道定位坐标的顺序一致，先描述该车道所在相位的绿灯时长，然后再根据该车道的相位配时图，描述周期相对起始时刻，绿灯相对起始时间，绿灯相对结束时刻，黄灯相对结束时刻，周期相对结束时刻以及该相位的绿灯时长。

本发明的无线传输方法中，对车道相位信息进行描述时，在某些右转车道不受信号灯限制的交叉口，该右转车道所有信息均记为0。

在判断车辆处于哪个车道以及是否具有通行权，需考虑设备处理信息的时间，以及信息传输的时间。具体方法是，把一个车道看作是一个矩形，根据车道的基准点的经、纬度，得出车道矩形的四条边，然后车辆根据自己的地理坐标，利用平面解析几何的知识即可以判断车辆所在的车道；再计算车辆与交叉口路边设备通信的时间差，根据该车道的相位信息，即可以判断是否具有通行权以及对相位信息的预判。

附图说明

图1为十字交叉口每个方向进口道均为三个车道采用四相位对称放行示意图

图中：S1-车道中心线，S2-中间车道线，S3-车道边界线，P-为车道的基准点，A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3，C4，D1，D2，D3，D4，E1，E2，E3，E4，F1，F2，F3，F4，G1，G2，G3、G4，H1，H2，H3及H4均为车道的基准点。

图2为车道所处的相位信息示意图

图中：t0-周期相对起始时刻，t1-绿灯相对起始时刻，t2-黄灯相对起始时刻，t3-黄灯相对结束时刻，t4-周期相对结束时刻，R-红灯时间，B-绿灯时间，Y-黄灯时间。

图3、车辆定位原理图

图中：L1，L2，L3，L4分别表示四条线段，这四条线段所围成的区域为一条车道，箭头所示方向为车辆行驶方向。

图4为十字交叉口，南北方向为双向四车道，东西方向为双向六车道，该路口采用四相位对称放行

图中：S1-车道中心线，S2-中间车道线，S3-车道边界线，P-为车道的基准点，A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3，C4，D1，D2，D3，D4，E1，E2，E3，E4，F1，F2，F3，F4，G1，G3，H1及H3均为车道的基准点。

具体的实施方式

以下是本发明的具体实施方式

实施例1

如图1所示，一个典型的十字交叉口，每个方向进口道均为三个车道，该路口采用四相位对称放行。对该路口车道定位坐标和信号相位信息进行描述的步骤如下：

1)分别定义车道线经纬度信息和相位信息的类型。具体包括，交叉口支数，信号灯周期开始时刻(时、分、秒)，经度，纬度，信号周期时长，周期相对起始时刻，绿灯相对起始时刻，黄灯相对起始时刻，黄灯相对结束时刻，周期相对结束时刻，相位绿灯时长。据研究表明《单点信号交叉口通行能力和服务水平分析.李峰，王秋平.城市交通，2003年第二期》：信号交叉口在周期时长大于120s以后，通行能力变化不大。而一般情况下，信号交叉口出现超过240s大周期情形更是少之又少。故在定义周期的数据类型时，采用1个字节，即0～255即可以满足。

定义数据类型如下，小时：1个字节；分钟：1个字节；秒：1个字节；交叉口支数n：1个字节；经度(longitude)：4个字节；纬度(latitude)：4个字节；周期时长C：1个字节；周期相对起始时刻t0：1个字节；绿灯相对起始时刻t1：1个字节；黄灯相对起始时刻t2：1个字节；黄灯相对结束时刻t3：1个字节；周期相对结束时刻t4：1个字节；相位绿灯时长G：1个字节。

2)在头文件部分中，对交叉口支数和信号灯周期开始时刻进行描述。第1到第3个字节分别用于描述信号灯周期开始时刻的小时，分钟和秒，而周期开始时刻应该是路侧设备接受到车辆的信息请求后，发送信息给车辆时，交叉口所处的周期开始时刻；第4个字节用于描述交叉口支数。头文件字节长记为length₁＝n

3)在车道定位信息部分，按照从车道中心线S1到车道边界线S3的顺序，由里到外逐层进行描述，可由顺时针方向或者是逆时针方向开始描述，本实施例采用从西进口靠近道路中心线的车道按逆时针方向开始描述。在逐层描述的过程中，由于交叉口各分支车道数可能不同，则当描述到该层时，不存在车道的信息可记为0。本实施例中，整个交叉口地理位置信息可以用下面的表达式表示

A₁B₁A₂B₂A₃B₃A₄B₄C₁D₁C₂D₂C₃D₃C₄D₄E₁F₁E₂F₂E₃F₃E₄F₄G₁H₁G₂H₂G₃H₃G₄H₄这里A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3，C4，D1，D2，D3，D4，E1，E2，E3，E4，F1，F2，F3，F4，G1，G3，H1及H3均为车道的基准点，每一个基准点都包含经度信息和纬度信息。所以A1，B1，A2，B2等都是均含有8个字节，由步骤2)可以知道，前n个字节均被头文件数据占满，所以A1处于第n+1到n+8字节，B1处于第n+9到n+16字节，A2处于第n+17到n+24字节，B2处于第n+25到n+32字节，后面各点在数据包中所处的位置可以依次类推。故对实施例中的十字交叉口车道定位信息完整描述，所需要的字节长度Length₂＝i×(M_max+1)×2×8。这里Length₂为车道定位坐标完整描述所需要的字节总长度；i为交叉口分支；M_max为交叉口所有分支中，进口道最多的车道数。

4)在相位信息部分，对交叉口相位信息进行描述。由于交叉口每个车道必定处于某个相位当中，所以对单个车道的相位信息进行描述可以用下面表达式表示

t₀t₁t₂t₃t₄G

这里，t0为周期相对起始时刻，t1为绿灯相对起始时刻，t2为绿灯相对结束时刻，t3为黄灯结束时刻，t4为周期相对结束时刻，G为该相位绿灯时长。显然一个车道完整的相位信息包含6个字节。对整个交叉口的相位信息进行描述，必须按照步骤3)中描述车道地理信息的顺序描述车道相位信息，若该车道不存在时，相位信息记为0。在很多交叉口，右转车道是不受红绿灯信号控制限制的，所以如果该车道是右转车道，则其相位信息记为0，即000000，共6个字节。

5)判断所处车道。车辆通过本身的GPS信息，再结合交叉口车道定位坐标，根据平面几何知识即可求出所处的车道。

车辆定位原理如图4所示：设L1，L2，L3，L4分别表示四条线段，这四条线段所围成的矩形区域即为一条车道，箭头所示方向为车辆行驶方向。

设M点为坐标系中一点，若M(x，y)点在此车道中，则应该满足下面的方程组，否则可以判断车辆不在此车道内。

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_1<0\\ A_{2}x+B_{2}y+C_2>0\\ A_{3}x+B_{3}y+C_3<0\\ A_{4}x+B_{4}y+C_4>0\end{array}\right.$

这里A_ix+B_iy+C_i为线段Li的方程。均为车道的基准点而直线L1、L2、L3、L4直线的方程即可由步骤2)中对车道地理信息描述的表达式进行处理得到，具体如下：

若该车道的四个基准点分别为P1，P2，P3，P4。其中位置最靠前的基准点是P1，而此时P1处于第K到第K+8字节，则由步骤2)的信息描述规则可以得到P2处于第K+9到第K+16字节，而P3处于第K+i×2×8到第K+i×2×8+8字节，P4处于第K+i×2×8+9到第K+i×2×8+16字节，i表示交叉口支数。由此西进口道最里侧车道的地理信息所需的四个基准点P1，P2，P3，P4均可以找到，则L1、L2、L3、L4均可由点P1，P2，P3，P4根据平面几何方法求出。

6)判断是否具有通行权

在步骤4)中，当确定自己所处的车道时，记下该车道四个基准点中，位置最靠前的一个基准点的位置。若此时处于第m到第m+8字节，则该车道的相位信息所处的位置为第

到第字节。这里i表示交叉口分支数，length₁为头文件总长度，length₂为交叉口定位信息总长度。根据车辆与交叉口路侧设备信息交换的时刻与当前周期开始的时刻进行比较，记下两者的差值T，然后判断T所处的时间区间。具体判断方法是，在t0，t1，t2，t3，t4中，把大于T的分为一组，把小于T的分为一组。在这两组中，分别找出与T的差值最小的一个数值。则这两个数值所围成的时间区间即为T所处的时间区间。再把该区间时间长度与该相位绿灯时长G进行比较，如果相等则说明此时车辆处于绿灯相位可以通行，若不等，则说明车辆不能通行。事实上，时间区间的上限与时间T进行比较，记他们的差值为C，则C即为下一个信号灯灯色变换所需的时间。当车辆所处车道相位为绿灯时，C即为绿灯结束的时间，当车辆所处车道相位为红灯时，C即为红灯将要结束的时间。车辆在得到这个信息之后，就可以有充分的时间来判断自己是否应该加速还是减速。

实施例2

如图4所示，一个十字交叉口，其中南北方向为双向四车道，东西方向为双向六车道。该路口采用四相位对称放行。对该路口车道定位坐标和信号相位信息进行描述的步骤如下：

步骤1和步骤2与实施例1相同；

步骤3，在车道定位信息部分，按照从车道中心线S1到车道边界线S3的顺序，由里到外逐层进行描述，可由任何一个方向的车道开始描述，本实施例采用从西进口靠近道路中心线的车道开始描述。由于南北方向车道数较东西方向车道数少故在逐层描述的过程中，当该层中南北方向车道不存在时，记该层车道的基准点坐标为0。所以本实施例进口道车道定位坐标的描述如下：

A₁B₁A₂B₂A₃B₃A₄B₄C₁D₁C₂D₂C₃D₃C₄D₄E₁F₁E₂F₂E₃F₃E₄F₄G₁H₁00₂G₃H₃00

步骤4，在相位信息部分，对交叉口相位信息进行描述。由于交叉口每个车道必定处于某个相位当中，所以对单个车道的相位信息进行描述可以用下面表达式表示

t₀t₁t₂t₃t₄G

这里，t0为周期相对起始时刻，t1为绿灯相对起始时刻，t2为绿灯相对结束时刻，t3为黄灯结束时刻，t4为周期相对结束时刻，G为该相位绿灯时长。显然一个车道完整的相位信息包含6个字节。对整个交叉口的相位信息进行描述，必须按照步骤3)中描述车道地理信息的顺序描述车道相位信息，若该车道不存在时，相位信息记为0。在本实施例中，在描述第四层时，在该层中，南北方向车道不存在，所以均记为000000，同样占6个字节。

步骤5与步骤6均与实施例1相同。

事实上，由于车载计算机处理数据需要时间，因此在计算车辆所处相位时，应该考虑这一部分。假设车辆接受路侧设备的信息时间为Timel，交叉口信号周期开始时间为time2，车载计算机处理数据所花的时间为Δt。则步骤6中，T应该用下式来计算：

T＝Time1-Time2+Δt

本发明的实施例采用的两种类型交叉口的实施例是为了说明本发明专利的发明内容。这并不代表本专利仅仅适用于这两种类型交叉口，事实上，本专利所提供的一种路口车道定位坐标及其信号相位无线传输方法适用于任何类型的平面交叉口，包括十字交叉口、T型交叉口和畸形交叉口，而且适用于任何车道组合以及相位组合形式的交叉口。

Claims (8)

1.一种路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，车辆与路口通信设备的方式是专用短程通信或Zigbee，车辆在快要到达交叉口时，通过无线通讯系统向路口通信设备发送请求信号，路口通信设备接收到请求信号后，将车道坐标定位及其信号相位传输给车辆，车辆根据自己本身的GPS定位信息，判断该车辆所在车道前方路口通行权和信号灯将要变化时间，其特征在于，车辆将路口定位坐标及信号相位信息打成一个数据包，具体是将此数据包分为三个部分，第一部分为头文件部分，第二个部分为车道定位信息部分，对路口的定位坐标进行描述，第三个部分为车道相位信息部分，对路口的相位信息进行描述，路口通信设备将交叉口的定位坐标及其信号相位信息按照一定的格式传输给车辆，车辆按照同样的格式将交叉口的定位坐标及其信号相位信息解算出来。

2.根据权利要求1所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，所述的将路口定位坐标及信号相位信息打成一个数据包，为先定义数据类型，包括：交叉口分支数，信号灯周期开始时刻，经度，纬度，信号周期时长，周期相对起始时刻，绿灯相对起始时刻，黄灯相对起始时刻，黄灯相对结束时刻，周期相对结束时刻，相位绿灯时长。

3.根据权利要求1所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，所述的头文件部分，定义信号周期开始时刻、交叉口的分支。

4.根据权利要求1所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，所述的车道定位信息部分，对路口定位坐标进行描述，具体是，从靠近道路中心线到车道边缘线的顺序，按顺时针或者逆时针的方向逐层对每个车道描述，先描述沿着车辆行进方向车道左前方的经度、纬度，然后是车辆左后方的经度、纬度。

5.根据权利要求1或4所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，所述的车道定位信息部分，对路口定位坐标进行描述，当交叉口所有分支中，车道数不同时，在描述到某层时，会出现某分支该层车道数不存在，将该层中不存在的车道定位坐标均记为0，该车道的相位信息全部记为0。

6.根据权利要求1所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，所述的车道相位信息部分，对车辆相位信息进行描述，描述相位信息的顺序必须与描述车道定位坐标的顺序一致，先描述该车道所在相位的绿灯时长，然后再根据该车道的相位配时图，描述周期相对起始时刻，绿灯相对起始时间，绿灯相对结束时刻，黄灯相对结束时刻，周期相对结束时刻以及该相位的绿灯时长。

7.根据权利要求1或6所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，对车道相位信息进行描述时，在某些右转车道不受信号灯限制的交叉口，该右转车道所有信息均记为0。

8.根据权利要求1所述的路口车道坐标定位及其信号相位无线传输方法，其特征在于，判断车辆处于哪个车道以及是否具有通行权，需考虑设备处理信息的时间，以及信息传输的时间。

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